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1.6 Rationalising Denominators - 教材全解

分母有理化 - 掌握分母含无理数的分数的化简技巧,包括单一根号和复合无理式的有理化方法

核心概念

若分数的分母含无理数(Surd),通过变形使分母成为有理数的过程,称为"分母有理化"。这能让分数形式更简洁,也便于后续计算(如加减、比较大小)。

方法步骤(针对不同分母形式)

1. 分母为$$\frac{1}{\sqrt{a}}$$型:

分子、分母同乘$$\sqrt{a}$$,利用$$\sqrt{a} \times \sqrt{a} = a$$($$a$$为有理数)消去分母的根号。

2. 分母为$$\frac{1}{a + \sqrt{b}}$$型(含"和"的无理式):

分子、分母同乘共轭根式$$a - \sqrt{b}$$,利用平方差公式$$(a + \sqrt{b})(a - \sqrt{b}) = a^2 - b$$(结果为有理数)消去根号。

3. 分母为$$\frac{1}{a - \sqrt{b}}$$型(含"差"的无理式):

分子、分母同乘共轭根式$$a + \sqrt{b}$$,同样利用平方差公式消去根号。

典型示例解析

Example 14为例,分步演示分母有理化:

a. $$\frac{1}{\sqrt{3}}$$:

分母为$$\sqrt{3}$$,同乘$$\sqrt{3}$$:

$$\frac{1}{\sqrt{3}} = \frac{1 \times \sqrt{3}}{\sqrt{3} \times \sqrt{3}} = \frac{\sqrt{3}}{3}$$

b. $$\frac{1}{3 + \sqrt{2}}$$:

分母为$$3 + \sqrt{2}$$,同乘共轭根式$$3 - \sqrt{2}$$:

$$\frac{1}{3 + \sqrt{2}} = \frac{1 \times (3 - \sqrt{2})}{(3 + \sqrt{2})(3 - \sqrt{2})} = \frac{3 - \sqrt{2}}{3^2 - (\sqrt{2})^2} = \frac{3 - \sqrt{2}}{9 - 2} = \frac{3 - \sqrt{2}}{7}$$

c. $$\frac{\sqrt{5} + \sqrt{2}}{\sqrt{5} - \sqrt{2}}$$:

分母为$$\sqrt{5} - \sqrt{2}$$,同乘共轭根式$$\sqrt{5} + \sqrt{2}$$:

$$\frac{\sqrt{5} + \sqrt{2}}{\sqrt{5} - \sqrt{2}} = \frac{(\sqrt{5} + \sqrt{2})(\sqrt{5} + \sqrt{2})}{(\sqrt{5} - \sqrt{2})(\sqrt{5} + \sqrt{2})} = \frac{(\sqrt{5})^2 + 2\sqrt{5}\sqrt{2} + (\sqrt{2})^2}{(\sqrt{5})^2 - (\sqrt{2})^2} = \frac{5 + 2\sqrt{10} + 2}{5 - 2} = \frac{7 + 2\sqrt{10}}{3}$$

d. $$\frac{1}{(1 - \sqrt{3})^2}$$:

先展开分母:$$(1 - \sqrt{3})^2 = 1 - 2\sqrt{3} + 3 = 4 - 2\sqrt{3}$$,此时分母为$$4 - 2\sqrt{3}$$;

同乘共轭根式$$4 + 2\sqrt{3}$$:

$$\frac{1}{4 - 2\sqrt{3}} = \frac{1 \times (4 + 2\sqrt{3})}{(4 - 2\sqrt{3})(4 + 2\sqrt{3})} = \frac{4 + 2\sqrt{3}}{4^2 - (2\sqrt{3})^2} = \frac{4 + 2\sqrt{3}}{16 - 12} = \frac{4 + 2\sqrt{3}}{4} = \frac{2 + \sqrt{3}}{2}$$